AlCrTaTiZrV高熵合金氮化物扩散阻挡层的制备及其热稳定性

作     者：李荣斌 李珂 蒋春霞 张如林 Li Rongbin;Li Ke;Jiang Chunxia;Zhang Rulin

作者机构：上海理工大学材料科学与工程学院上海200093 上海电机学院材料学院上海201306 

出 版 物：《金属热处理》 (Heat Treatment of Metals)

年 卷 期：2021年第46卷第9期

页      面：216-222页

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(51671125) 上海大件热制造工程技术研究中心(18DZ2253400) 

主　　题：高熵合金 扩散阻挡层 氮化物薄膜 非晶结构 退火 热稳定性 

摘      要：为研究氮气含量的变化对AlCrTaTiZrV高熵合金薄膜性能的影响,检验在最佳氮气含量下厚度为15 nm的(AlCrTaTiZrV)N扩散阻挡层的热稳定性。采用直流磁控溅射设备在N型Si(111)基底上溅射不同氮气含量的高熵合金氮化物;选取最佳氮气含量为制备条件,在硅基底上沉积15 nm厚的AlCrTaTiZrVN_(10)高熵合金氮化物为扩散阻挡层,并在阻挡层顶部沉积50 nm厚度的Cu膜,最终形成Si/AlCrTaTiZrVN_(10)/Cu三层堆叠结构。利用真空退火炉将Si/AlCrTaTiZrVN_(10)/Cu薄膜体系在500℃下进行不同时间的退火处理,用以模拟恶劣的工作环境。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)及四探针电阻测试仪(FPP)对试样的表面形貌、粗糙度、物相组成及方块电阻和进行表征。试验结果为:当氮气含量低于10%时,高熵合金氮化物薄膜为非晶结构。当氮气含量为20%时,高熵合金氮化物薄膜呈现FCC结构,并随着氮气含量的增加,薄膜的结晶性得到提高。薄膜表面的粗糙度在氮气含量为10%时最低,Ra仅为0.124 nm。三层堆叠结构500℃退火8 h后,Cu表面发生团聚,薄膜的方阻维持在较低的0.070Ω/□,且并未发现Cu-Si化合物。厚度为15 nm的非晶结构AlCrTaTiZrVN_(10)薄膜在500℃退火8 h后,依旧可以抑制Cu的扩散,表现出了优异的热稳定性及扩散阻挡性能。